Purdue'nin keşfi tuzdan arındırma endüstrisini değiştirebilir

Su tüm yaşamın devamını sağlar ve medeniyetin beşiği olarak hizmet eder. Ancak küresel nüfus arttıkça, sanayileşme hızlandıkça ve iklim değişikliği yoğunlaştıkça su kıtlığı, insanlığın 21. yüzyılın en acil sorunlarından biri olarak ortaya çıktı. Kuraklığın vurduğu Afrika'dan, su sıkıntısı çeken Orta Doğu bölgelerine ve giderek daha savunmasız hale gelen gelişmiş ülkelere kadar, tatlı su kıtlıkları küresel istikrarı ve kalkınmayı tehdit ediyor.

Orta Doğu gibi kurak bölgelerde tatlı su üretiminin yarısından fazlasından sorumlu olan ters ozmoz (RO) teknolojisi, saf su elde etmek için deniz suyunu aşırı basınç altında (atmosfer basıncının 70 katına kadar) yarı geçirgen membranlardan geçmeye zorlar. Etkili olmakla birlikte, bu baskıların sürdürülmesi, pompalar ve ekipmanlar aracılığıyla büyük miktarda enerji tüketimi gerektirir ve bu da işletme maliyetlerine ve karbon emisyonlarına önemli ölçüde katkıda bulunur.

Purdue Üniversitesi makine mühendisliği yardımcı doçenti David Warsinger, "Enerji, bir tuzdan arındırma tesisinin yaşam döngüsü maliyetlerinin yaklaşık üçte birini oluşturuyor" diye açıklıyor. "Verimlilikte birkaç puanlık küçük iyileştirmeler bile CO₂ emisyonlarını azaltırken yüz milyonlarca dolar tasarruf sağlayabilir."

STEM araştırmalarında küresel bir lider olan Purdue Üniversitesi, su kıtlığı sorunlarıyla mücadele eden olağanüstü bir ekip oluşturdu. Profesör Warsinger'ın laboratuvarı, enerji verimliliğini önemli ölçüde artıran konseptler geliştirerek devrim niteliğindeki RO ilerlemelerine öncülük etti.

MIT'deki doktora çalışmaları sırasında Warsinger, suyun sürekli akışlar yerine ayrı gruplar halinde işlenmesi anlamına gelen "Toplu Ters Osmoz"u tasarladı. Warsinger, "Her parti bir ila iki dakika boyunca işleniyor" diye açıklıyor. "Hacmi azaltırken basıncı kademeli olarak artırıyoruz, sonuçta daha az enerjiyle eşdeğer tatlı su üretiyoruz."

Geleneksel toplu sistemler aralıklı döngü sırasında verimliliğini kaybetti. Bu atılım, aksama süresini ortadan kaldıran piston odası tasarımıyla sağlandı. Warsinger, "Pistonu tamamen boşaltmak yerine, bir sonraki döngüyü yürütmek için gelen deniz suyunu kullanıyoruz" diye açıklıyor. "Bu ikili eylem yaklaşımı neredeyse sürekli çalışmayı sürdürüyor."

Yayınlanan araştırmatuzdan arındırmabu sistemin benzeri görülmemiş bir enerji verimliliğine ulaştığını ve potansiyel olarak yeni endüstri kriterlerini belirlediğini gösteriyor.

Araştırmanın başyazarı olan yüksek lisans araştırmacısı Sandra Cordoba, performansı optimize etmek için hidrolik modeller geliştirdi. Cordoba, "RO, basınç, hacim, tuzluluk, geri kazanım oranları, zaman ve enerji gibi karmaşık değişkenleri içerir" diye belirtiyor. "Modellerimiz minimum enerji tüketimi için ideal basınç profillerini belirliyor."

Piston odasının boyutu, taşınabilir ev ünitelerinden endüstriyel ölçekli kurulumlara kadar uygulama ihtiyaçlarına uyum sağlar. Warsinger, "Temelde sadece su geçirmez pistonu olan bir borudur" diyor ve ekliyor: "Ancak bu basitlik, dönüştürücü bir verimliliğe olanak sağlıyor."

Doktora adayı Abhimanyu Das, belirli su konsantrasyonlarını membran yüzeyleri arasında dolaştıran Toplu Karşı Akışlı Ters Osmoz adı verilen bir varyasyon geliştirdi. Bu yenilik, endüstriyel atık su arıtımı gibi yüksek tuzluluk gerektiren uygulamalarda özellikle etkili olduğunu kanıtlıyor.

Yüksek lisans öğrencisi Michael Roggenburg'un araştırması, toplu RO'nun yenilenebilir enerjiyle birleştiğinde 3.954 millik ABD-Meksika sınırı boyunca nasıl tatlı su sağlayabileceğini gösteriyor. Güneş veya rüzgar enerjisiyle çalışan sistemler, su sıkıntısı çeken bölgeler için fosil yakıtsız çözümler sunuyor.

Warsinger, "Su güvenliği belirleyici bir küresel sorundur" diye belirtiyor. "Maliyetleri marjinal olarak azaltabilirsek, tuzdan arındırma daha fazla topluluk için uygulanabilir hale gelir ve potansiyel olarak dönüştürücü bir etki yaratır."

Purdue Araştırma Vakfı'nın teknoloji ticarileştirme ofisi, su kıtlığına yönelik gerçek dünyadaki uygulamaları kolaylaştıran bu yenilikler için patent başvurusunda bulundu.

Fulbright Komisyonu, Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı ve Purdue Üniversitesi'nin bağışlarıyla desteklenen Warsinger ekibi, bir gün okyanuslarımızı güvenilir tatlı su kaynaklarına dönüştürebilecek çözümler geliştirmeye devam ediyor. Çalışmaları, teknolojik inovasyonun sürdürülebilir uygulamalarla birleştiğinde insanlığın en acil kaynak sorunlarını nasıl çözebileceğinin bir örneğini oluşturuyor.